CN114434792A - 一种用于3d打印机的喷头套件及3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于3D打印机的喷头套件及3D打印机，喷头套件包括：壳体，其侧壁设有散热鳍片，所述壳体上安装有用于输送耗材的挤出轮组件及驱动所述挤出轮组件转动的驱动装置；喉管，一端可拆卸安装在所述壳体上；加热喷嘴组件，与所述喉管的一端连接，从而使所述耗材从所述挤出轮组件经所述喉管从所述加热喷嘴组件输出。本发明中将散热结构与壳体集成在一起实现散热功能，使喉管直接与壳体连接，省去了中间散热块的结构空间，极大缩短了耗材挤出受力点与打印头喷嘴之间的距离，从而有效改善了拉丝的问题。

Description

一种用于3D打印机的喷头套件及3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印设备技术领域，尤其涉及一种用于3D打印机的喷头套件及3D打印机。

背景技术

3D打印(3DP)即快速成型技术，是一种累积制造技术，又称增材制造，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体；熔融沉积快速成型技术(FDM)，又称热熔堆积技术，是主要的3D打印技术之一；该技术是将热熔型料丝加热融化后从喷头挤出，沉积在打印工作平台或前一层已固化的材料上，当温度低于料丝固化温度后开始固化成型，最终打印成实体。

在计算机数字技术智能化的推动下，3D打印技术应用的领域越来越广，特别是FDM热熔技术，越来越受到DIY爱好者的青睐。FDM成型技术是将固态的低熔点丝状材料加热到半熔融状态，再逐层堆积，因此打印喷头的出料质量对3D打印的效果起着重要影响，在其整个加工过程中，耗材出丝、回退速度及出丝的均匀程度是决定3D打印精度和表面质量的重要因素；但是现在市面上的3D打印机大部分都是远端挤出的，在打印中无法及时有效地控制出丝的及时有效性，或因远端挤出延迟性而回抽不及时，容易出现拉丝或其他表面打印质量不佳现象，或市面上采用喉管外带散热块的近端挤出结构，中间的散热块延长了挤出与喷嘴的距离，同样无法完全避免上述因远端设计导致的打印质量问题。

发明内容

本发明目的在于为克服现有的技术缺陷，提供一种用于3D打印机的喷头套件，将散热结构与壳体集成在一起实现散热功能，使喉管直接与壳体连接，省去了中间散热块的结构空间，极大地缩短了耗材挤出受力点与打印头喷嘴之间的距离，从而有效改善了拉丝的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于3D打印机的喷头套件，包括：

壳体，其侧壁设有散热鳍片，所述壳体上安装有用于输送耗材的挤出轮组件及驱动所述挤出轮组件转动的驱动装置；

喉管，一端可拆卸安装在所述壳体上；

加热喷嘴组件，与所述喉管的一端连接，从而使所述耗材从所述挤出轮组件经所述喉管从所述加热喷嘴组件输出。

进一步的，所述加热喷嘴组件包括加热块和喷嘴，所述加热块具有贯穿两相对端的安装孔，所述喉管及所述喷嘴分别可拆卸套接并相互连通于所述安装孔，以使所述耗材进入所述喉管经所述加热块热熔后从喷嘴输出。

进一步的，所述壳体包括前壳和安装于所述前壳一端的后壳，所述后壳的内侧凸起设有导热部，所述前壳对应设有容纳所述导热部的容纳槽，所述喉管的上端可拆卸安装于所述导热部中，且所述导热部上设有供耗材穿过的过孔，所述挤出轮组件设于所述前壳的内侧，所述驱动装置设于所述前壳的外侧。

进一步的，所述前壳的内侧在对应所述喉管的位置处凸起设有导向套，且所述导向套上贯穿设有供耗材穿过的导向孔，所述挤出轮组件设置于所述导向套上方，所述挤出轮组件包括用于输送所述耗材的U型轴承及用于挤压所述耗材并与所述驱动装置传动连接的挤压辊轮，所述U型轴承和所述挤压辊轮相对转动并且位于所述耗材两侧。

进一步的，所述挤出轮组件还包括转动设于所述壳体内的从动齿轮，所述驱动装置的转动轴设有与所述从动齿轮啮合的主动齿轮，且所述主动齿轮与所述从动齿轮的传动比为n:1，其中1.5＜n＜5，所述挤压辊轮设于所述从动齿轮的一侧。

进一步的，所述喷头套件还包括转动安装于所述壳体上的挤出夹以及设于所述壳体上端并延其轴向向内顶紧所述挤出夹的预紧调节机构，所述挤压辊轮转动设于所述挤出夹的内侧；所述挤出夹的上端向壳体外延伸设有按压部，所述挤出夹的一侧凸起设有支撑部，所述支撑部上贯穿设有供耗材穿过的限位孔。

进一步的，所述预紧调节机构包括贯穿设于所述壳体上端的调节螺丝、卡设于所述壳体内侧并与所述调节螺丝螺纹连接的螺母以及位于所述螺母与所述挤出夹之间的弹簧，所述挤出夹的对应所述调节螺丝的位置处设有凸起部，所述弹簧的两端分别套设于所述调节螺丝和所述凸起部上；所述调节螺丝的外周径向凸伸设有卡设于所述壳体内的限位环台，且所述限位环台位于所述螺母的内侧。

进一步的，所述喷头套件还包括设于所述散热鳍片上的散热风扇、设于所述壳体前端的鼓风风扇以及设于所述鼓风风扇下端风口处的导风件，所述导风件的出风口朝向所述喷嘴。

进一步的，所述喷头套件还包括套装于所述加热喷嘴组件外周的硅胶套；所述喉管的中心孔内设有由聚四氟乙烯制成的导料管，所述喉管的上下端分别与所述壳体和加热块通过螺纹连接，所述喷嘴的上端与加热块通过螺纹连接；所述加热块上设有加热管和热敏电阻。

进一步的，所述驱动装置为电机。

还提供了一种3D打印机，包括如上所述的喷头套件，还包括底座、设于底座上的打印平台、驱动打印平台沿Y向移动的Y轴驱动机构、设于打印平台上方的X轴驱动机构以及设于底座上并用于驱动X轴驱动机构沿Z向移动的Z轴驱动机构，所述X轴驱动机构用于固定并驱动所述喷头套件沿X向移动。

本发明具有以下有益效果：

本发明中通过将散热结构(即散热鳍片)与壳体集成在一起实现散热功能，使喉管直接与壳体连接，省去了中间散热块的结构空间，极大地缩短了耗材挤出受力点与打印头喷嘴之间的距离，从而有效改善了拉丝的问题，提高了3D打印的效果，且可有效降低喷头结构的整体重量；而利用后壳中的导热部可方便将喉管上的热量传导至后壳后利用散热装置进行降温，提高了散热效果和散热效率，抑制丝状耗材在喉管上端的膨胀堵头问题，对降低挤出阻力有积极效果，大大提高了打印质量，且这样前壳不与喉管接触升温不明显，避免壳体内的耗材受热融化导致堵塞导向套的问题；喉管内设置有由聚四氟乙烯制成的导料管，利用聚四氟乙烯管的耐高温与自润滑的特性，使丝状耗材在通道内畅通无阻，减少出现耗材堵塞和卡住的问题；还通过使主动齿轮与从动齿轮的传动比为n:1，其中1.5＜n＜5，使得传动过程和传动效率可靠稳定，对精确控制挤出和回收耗材有很好的效果，可及时有效地控制出丝及回抽的有效性，可更好的避免出现拉丝的问题；还利用挤出夹和预紧调节机构的配合，提高了夹紧耗材的有效性，可减缓挤出耗材时夹紧力过大导致的挤出阻力偏大问题，也可避免夹紧力过小导致的挤出打滑问题；另外，相对于现有技术中散热块、喉管和喷嘴为一体成型的结构，在其更换受损的喉管或喷嘴时，需要与散热块整体更换，导致成本高且不方便更换，而本发明中喉管、加热块和喷嘴均为可拆卸式的结构，可方便拆卸并对单一受损部件进行更换，节约了更换成本。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为实施例1中用于3D打印机的喷头套件与耗材套装后的示意图；

图2为实施例1中用于3D打印机的喷头套件与耗材套装后的剖视图；

图3为实施例1中用于3D打印机的喷头套件与耗材套装后的分解示意图；

图4为实施例1中用于3D打印机的喷头套件去除后壳部分后的内部示意图；

图5为实施例2中将喷头套件组装于3D打印机上的示意图。

附图中，各标号所代表的部件名称如下：

硅胶套1、喷嘴2、加热块3、喉管4、导料管5、前壳6、导向套61、导向孔62、容纳槽63、从动齿轮7、挤压辊轮71、后壳8、散热鳍片81、导热部82、散热风扇9、热敏电阻10、加热管11、支架12、主动齿轮13、电机14、导风件15、鼓风风扇16、预紧调节机构17、调节螺丝171、螺母172、弹簧173、限位环台174、轴承18、挤出夹19、凸起部191、支撑部192、限位孔193、按压部194、U型轴承20、耗材21、喷头套件22、卡合部23、第一卡口24、第二卡口25、底座31、打印平台32、Y轴驱动机构33、X轴驱动机构34、Z轴驱动机构35

具体实施方式

为了更充分的理解本发明的技术内容，下面将结合附图以及具体实施例对本发明作进一步介绍和说明；需要说明的是，正文中如有“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的部件等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1至图4所示，本实施例所示的一种用于3D打印机的喷头套件22，包括壳体、设于壳体下端的喉管4、套装于喉管4下端的加热块3以及设于加热块3下端的喷嘴2，喷嘴2的上端面与喉管4的下端面抵接，喷嘴2和喉管4的轴向中间设有供耗材21穿过的中心孔，从而通过加热块对喷嘴2和喉管4内的耗材进行加热融化后从喷嘴下部的口中挤出，壳体内在对应喉管4的位置处凸起设有导向套61，导向套61的轴向中间设有供耗材21向上穿过的导向孔62，壳体上安装有用于输送耗材的挤出轮组件及驱动挤出轮组件转动的驱动装置，以使耗材从挤出轮组件进入导向套经喉管从喷嘴输出，挤出轮组件包括用于输送耗材21的U型轴承20及用于挤压耗材21并与驱动装置传动连接的挤压辊轮71，U型轴承20和挤压辊轮71相对转动并且位于耗材两侧，用于夹紧耗材21，利用U型轴承的外周U形面限定住耗材，另外利用挤压辊轮外周的齿纹加大接触摩擦力，壳体的一侧面间隔设有若干个竖直设置的散热鳍片81；上述结构中，利用驱动装置和挤压辊轮来驱动耗材的上下移动，进而实现耗材的向下挤出打印或向上回退停止打印的工作，并通过将散热结构与壳体集成在一起实现散热功能，使喉管直接与壳体连接，省去了中间散热块的结构空间，极大地缩短了耗材挤出受力点与打印头喷嘴之间的距离，使得挤出驱动丝状耗材出丝和退丝的及时高效，降低了远端挤出和回退的滞后性，从而有效改善了拉丝的问题，提高了3D打印的效果，并可兼容打印刚性耗材和柔性耗材，且可有效降低喷头结构的整体重量。

本实施例中，壳体包括组装在一起的前壳6和后壳8，后壳8的内侧下端凸起设有导热部82，前壳6的底部设有容纳导热部82的容纳槽63，喉管4的上端套装于导热部82内，且导热部82上设有供耗材21穿过的过孔，导向套61、U型轴承20和挤压辊轮71均设于前壳6的内侧，驱动装置设于前壳6的外侧，散热鳍片81设于后壳8的外侧面，还在散热鳍片的外侧设有散热装置；其利用后壳中的导热部可方便将喉管上的热量传导至后壳后利用散热装置进行降温，提高了散热效果和散热效率；其中散热装置为散热风扇，通过散热风扇增强后壳中散热鳍片的散热效果，使得喉管远离喷嘴端温度不会过高，大大提高打印质量，减小堵头、进退丝不畅的风险，从而避免了丝状耗材在喉管上端的膨胀堵头问题，对降低挤出阻力有积极效果，且这样前壳不与喉管接触升温不明显，避免壳体内的耗材受热融化导致堵塞导向套的问题。

具体的，挤出轮组件还包括通过轴承18转动设于前壳和后壳之间的从动齿轮7，从动齿轮两端均安装有轴承，降低径向运动阻力，驱动装置的转动轴延伸至壳体内且其转动轴上设有与从动齿轮7啮合的主动齿轮13，主动齿轮与转动轴通过顶丝固定，安装便捷稳定，且主动齿轮13与从动齿轮7的传动比为n:1，其中1.5＜n＜5，即传动比为1.5:1～5:1，在本实施例中，耗材21的线径为0.4mm时，主动齿轮13与从动齿轮7的传动比为3:1，使驱动装置的转动轴的负载大大减小，有利地保证打印时喷头运动速度的平稳性，使得传动过程和传动效率可靠稳定，对精确控制挤出和回收耗材有很好的效果，可及时有效地控制出丝及回抽的有效性，可更好的避免出现拉丝的问题，提高了打印精度质量，提高了驱动装置的使用寿命，可减小驱动装置的规格尺寸及重量；挤压辊轮71设于从动齿轮7的一侧，随从动齿轮的旋转而旋转，进而驱动耗材在喷头套件内上下移动。

具体的，喷头套件22还包括下端通过轴承18转动设于驱动装置的转动轴上的挤出夹19以及设于壳体上端并向内顶紧挤出夹19的预紧调节机构17，挤压辊轮71通过螺钉转动设于挤出夹19的内侧中间，利用挤出夹和预紧调节机构的配合，提高了夹紧耗材的有效性，可减缓挤出耗材时夹紧力过大导致的挤出阻力偏大问题，也可避免夹紧力过小导致的挤出打滑问题。

具体的，挤出夹的上端设有延伸出壳体外的按压部194，利用按压部可手动按紧挤出夹，从而调节挤出夹对耗材的夹紧力；挤出夹19的内侧上端凸起设有支撑部192，支撑部192上贯穿设有供耗材21穿过的限位孔193，且壳体的上端为开口，使挤出夹的上端和从动齿轮的上端均凸出于壳体的上端，这样在插装耗材时，可直接从上端的限位孔向下插入至喷嘴内，耗材的安装过程简单方便，且利用限位孔和导向孔的配合对耗材进行导向和限位，使耗材始终处于竖直状态。

本实施例中，预紧调节机构包括贯穿设于壳体上端的调节螺丝171、卡设于壳体内侧并与调节螺丝171螺纹连接的螺母172以及位于螺母172与挤出夹19之间的弹簧173，这样通过旋转调节螺丝来调节螺母的位置，进而压缩或放松弹簧轴向长度来调节挤出夹对耗材的夹紧力；在挤出夹19的外侧对应调节螺丝的位置处设有凸起部191，弹簧173的两端分别套设于调节螺丝和凸起部上，避免弹簧出现滑脱的问题；调节螺丝173的外周径向凸伸设有卡设于壳体内的限位环台174，且限位环台174位于螺母的内侧，利用限位环台来对调节螺丝的前后行程进行限位，避免调节螺丝与螺母之间出现脱落的问题；另外，在壳体的上端设有卡合部，卡合部23中设有分别卡接限位环台174和螺母172的第一卡口24和第二卡口25，且将卡合部分成左右两部分并分别设在前壳和后壳的内侧，在前壳和后壳组装后形成卡合部，方便预紧调节机构的安装和拆卸。

具体的，喷头套件22还包括设于壳体前端并位于调节螺丝下方的鼓风风扇16以及设于鼓风风扇16下端风口处的导风件15，导风件15的出风口朝向喷嘴2设置，鼓风风扇通过导风件对打印过程中喷嘴下方打印出来的模型进行精确并及时的有效散热，可有效提高打印模型表面的品质。

具体的，喷头套件22还包括套装于加热块3和喷嘴2外周的硅胶套1，喷嘴2的下端凸出于硅胶套，利用硅胶套的低热传导性，可以降低加热块热量流失和温度波动，保持加热块温度稳定，提升打印质量。

具体的，喉管4的中心孔内设有由聚四氟乙烯制成的导料管5，利用聚四氟乙烯管的耐高温与自润滑的特性，使丝状耗材在通道内畅通无阻，减少出现耗材堵塞和卡住的问题；喉管4的上下端分别与导热部82和加热块3通过螺纹连接，喷嘴2的上端与加热块3通过螺纹连接，通过可拆卸的结构，可快捷方便的更换磨损堵塞的喷嘴和喉管。

具体的，加热块3上设有加热管和热敏电阻，利用加热管通电对加热块进行加热，利用热敏电阻来测量加热块的温度变化。

本实施例中，该驱动装置为电机14，电机14通过支架12固定于前壳的外侧。

于其它实施例中，n的数值为精确到十分位的数或整数，例如1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2～4.8、4.9、5。

实施例2

如图5所示，本实施例所示一种3D打印机，包括如实施例1所述的喷头套件22，还包括底座31、设于底座31上的打印平台32、驱动打印平台32沿Y向移动的Y轴驱动机构33、设于打印平台32上方的X轴驱动机构34以及设于底座31上并用于驱动X轴驱动机构34沿Z向移动的Z轴驱动机构35，X轴驱动机构用于固定并驱动所述喷头套件沿X向移动，即喷头套件22固定于X轴驱动机构上，并利用X轴驱动机构驱动喷头套件22沿X向移动，从而利用X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构的配合通过喷头套件在打印平台完成模型的3D打印。

以上对实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般、技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于3D打印机的喷头套件，其特征在于，包括：

壳体，其侧壁设有散热鳍片，所述壳体上安装有用于输送耗材的挤出轮组件及驱动所述挤出轮组件转动的驱动装置；

喉管，一端可拆卸安装在所述壳体上；

加热喷嘴组件，与所述喉管的一端连接，从而使所述耗材从所述挤出轮组件经所述喉管从所述加热喷嘴组件输出。

2.根据权利要求1所述的用于3D打印机的喷头套件，其特征在于，所述加热喷嘴组件包括加热块和喷嘴，所述加热块具有贯穿两相对端的安装孔，所述喉管及所述喷嘴分别可拆卸套接并相互连通于所述安装孔，以使所述耗材进入所述喉管经所述加热块热熔后从喷嘴输出。

3.根据权利要求1所述的用于3D打印机的喷头套件，其特征在于，所述壳体包括前壳和安装于所述前壳一端的后壳，所述后壳的内侧凸起设有导热部，所述前壳对应设有容纳所述导热部的容纳槽，所述喉管的上端可拆卸安装于所述导热部中，且所述导热部上设有供耗材穿过的过孔，所述挤出轮组件设于所述前壳的内侧，所述驱动装置设于所述前壳的外侧。

4.根据权利要求3所述的用于3D打印机的喷头套件，其特征在于，所述前壳的内侧在对应所述喉管的位置处凸起设有导向套，且所述导向套上贯穿设有供耗材穿过的导向孔，所述挤出轮组件设置于所述导向套上方，所述挤出轮组件包括用于输送所述耗材的U型轴承及用于挤压所述耗材并与所述驱动装置传动连接的挤压辊轮，所述U型轴承和所述挤压辊轮相对转动并且位于所述耗材两侧。

5.根据权利要求4所述的用于3D打印机的喷头套件，其特征在于，所述挤出轮组件还包括转动设于所述壳体内的从动齿轮，所述驱动装置的转动轴设有与所述从动齿轮啮合的主动齿轮，且所述主动齿轮与所述从动齿轮的传动比为n:1，其中1.5＜n＜5，所述挤压辊轮设于所述从动齿轮的一侧。

6.根据权利要求4所述的用于3D打印机的喷头套件，其特征在于，还包括转动安装于所述壳体上的挤出夹以及设于所述壳体上端并延其轴向向内顶紧所述挤出夹的预紧调节机构，所述挤压辊轮转动设于所述挤出夹的内侧；所述挤出夹的上端向壳体外延伸设有按压部，所述挤出夹的一侧凸起设有支撑部，所述支撑部上贯穿设有供耗材穿过的限位孔。

7.根据权利要求6所述的用于3D打印机的喷头套件，其特征在于，所述预紧调节机构包括贯穿设于所述壳体上端的调节螺丝、卡设于所述壳体内侧并与所述调节螺丝螺纹连接的螺母以及位于所述螺母与所述挤出夹之间的弹簧，所述挤出夹的对应所述调节螺丝的位置处设有凸起部，所述弹簧的两端分别套设于所述调节螺丝和所述凸起部上；所述调节螺丝的外周径向凸伸设有卡设于所述壳体内的限位环台，且所述限位环台位于所述螺母的内侧。

8.根据权利要求1-7任一项所述的用于3D打印机的喷头套件，其特征在于，还包括设于所述散热鳍片上的散热风扇、设于所述壳体前端的鼓风风扇以及设于所述鼓风风扇下端风口处的导风件，所述导风件的出风口朝向所述喷嘴。

9.根据权利要求8所述的用于3D打印机的喷头套件，其特征在于，还包括套装于所述加热喷嘴组件外周的硅胶套；所述喉管的中心孔内设有由聚四氟乙烯制成的导料管，所述喉管的上下端分别与所述壳体和加热块通过螺纹连接，所述喷嘴的上端与加热块通过螺纹连接；所述加热块上设有加热管和热敏电阻。

10.一种3D打印机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的喷头套件，还包括底座、设于底座上的打印平台、驱动打印平台沿Y向移动的Y轴驱动机构、设于打印平台上方的X轴驱动机构以及设于底座上并用于驱动X轴驱动机构沿Z向移动的Z轴驱动机构，所述X轴驱动机构用于固定并驱动所述喷头套件沿X向移动。

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